注塑产品设计基础
一、 工程塑料概要
塑料的主要成分：
1．树脂为塑料的最主要及本质的成分，有天然树脂和合成树脂两种。它们是高分子化合物，含有上千，甚至上百万原子，简称高聚物。
2．填充剂，或填料，是塑料中另一很重要，但并非必不可少的成份。填充剂既有增量作用，又可以改善塑料的性能，使其成本降低，同时扩大其使用范围。
一般填充剂为: 玻璃纤维，石棉纤维，碳纤维，木粉，滑石粉，云母粉，石棉粉，石墨，金属粉等。如用玻璃纤维作塑料的填充剂，能使塑料的机械强度大幅度提高.
3．增塑剂。有些树脂，如PVC ，CA （醋酸纤维）等的可塑性很小，柔软性也很差。为此加入些可与树脂相溶且不易挥发的高沸点有机化合物，改善其成型加工性能, 改进塑件的柔韧性, 弹性等.
4．此外, 还有着色剂及稳定剂等.
塑料的结晶性:
根据塑料冷凝时有无结晶现象, 可将塑料分为结晶型塑料和非结晶型塑料(无定型) 两大类. 前者如PE(聚乙烯), PP(聚丙烯), POM(聚甲醛) 及PA(尼龙) 等; 后者如PS(聚苯乙烯), PC(聚碳酸脂), ABS及有机玻璃等.
结晶型塑料有以下特性, 在模具设计时应考虑:
1) 各向异性显著(内应力大).
2) 溶态与固态的比重差大, 成型收缩率较非结晶型塑料大得多. 3) 升温至成型温度时所需热量较多.
4) 冷凝时放出热量较大, 应对模具充分冷却. 5) 冷却快, 则结晶度低, 收缩小, 透明度高.
塑料的特性:
1) 重量轻: 一般塑料的比重在此期间0.82～2.2 之间. 最轻的比水还轻; 最重的是聚四氟乙烯(PTFE). 塑料的平均比重只是铝的1/2.
2) 比强度高: 比强度是强度与密度之比. 许多塑料的比强度相当高, 玻璃纤维增强塑料的比强度甚至超过钢的水平.
3) 耐磨性, 自润滑及吸震性好: 这些特点加上较好的机械强度, 因而在电子设备的传动及摩擦机构中(如齿轮, 齿条, 滑轮, 滑块等) 得到了广泛运用.
4) 优越的化学稳定性: 一般塑料对酸碱盐等化学物品均有一定的抗腐蚀性.
5) 电绝缘性能: 此特点使塑料广泛用为电子工业中的绝缘材料. 6) 粘接能力强. 7) 耐热性差. 8) 易老化.
热塑性塑料:
热塑性塑料是由可多次反复加热而仍具有可塑性的塑料.
这类塑料的合成树脂都是线性或支链型高聚物, 因而受热后变软, 甚至成流动粘稠液体, 具有可塑性, 冷却后能保持既得形状. 可反复加热多次而不改变化学结构.
主要(工程) 塑料消耗量及应用简介:
二、通用注塑成型系统
1. 机身; 7. 螺杆; 13. 拉杆; 2. 电动机及油泵; 8. 加热器; 14. 动模安装板; 3. 注射油缸; 9. 料筒; 15. 合模机构; 4. 齿轮箱; 10. 喷嘴; 16. 合模油缸; 5. 齿轮传动电机; 11. 定模安装板; 17. 螺杆传动齿轮; 6. 料斗; 12. 模具; 18. 螺杆花键;
工作循环
1) 计量: 成型一定大小的塑件, 必须使用一定量的颗粒塑料(经过预先干燥去水分). 2) 塑化: 使塑料成熔融态, 才可注入模腔.
3) 注塑充模: 对熔融塑料施加注射压力, 注入模腔.
4) 保压增密(预冷却): 熔融塑料充满模腔后, 维持一定(后) 压力, 向模腔内补充模腔因收缩而产生的空间.
5) 冷却: 保压结束后, 进入正式冷却阶段.
6) 开模, 顶件: 合模装置带动动模打开, 顶料器顶出制品.
7) 取件, 闭模: 塑件自然掉落, 或使用机械手取出制品, 合模装置带动动模关闭并锁紧模具.
注射成型的三个阶段:
1. 颗粒进入料筒前的料流阶段, 塑料主要受机械力作用产生固态的颗粒运动. 2. 塑料在料筒热和剪切摩擦力等作用下, 形成熔融态而在料筒中流动. 3. 塑料成型阶段.
三、塑料收缩率及加工成型特点
二、 注塑流动、收缩变形及其它问题
厚壁塑料件：沿流动方向收缩率随压力的变化关系（较平缓）
薄壁塑料件：沿流动方向收缩率随压力的变化关系（较陡）
改变注射点，缩短流程：
玻璃纤维增强塑料制品的收缩特点
:
三、 基本设计要点
1． 熔接口问题
如图所示，在受载荷处有熔接口，可作加宽设计，或改变注塑点：
2． 塑料件的壁厚
3． 温差效应变形：
A ．当模具一面壁温T2高于另一面T1时，塑料温度较高的一面收缩较多，形成注塑件向温度高的一面弯曲变形。
解决方案：使模具壁面温度均匀
B ． 直角转角处的不均匀冷却变形
C. 解决方案1
D ．解决方案
2
4．壁厚不均、加强肋等引起的变形
A ．壁厚改变
B ．加强肋问题
5．塑料扣钩的设计
扣钩是塑料制品中利用塑料可做弹性变形的特性, 经常采用的一个对应件之间的连接设计. 以下介绍一些常见的设计及原理:
扣钩是受单向张力的弯曲弹性体，一般扣入其对应体的孔穴。对应体的孔穴可是方型孔或圆孔。扣入对应体孔穴后，扣钩的弹性变形高度，也即障碍高度，为L1-L2（见下图）。
对下图圆筒形的扣钩，对应体孔穴是与扣钩外形相配的凹形圆槽或简单的圆孔。其障碍高度为： H = DG – DK 。此配合为死配合，扣入后便不能再分解。
下图为可变向球状扣体的连接，其扣入障碍高度为：H = DG – DK 。
扣钩可允许障碍高度H z 及变形度εz ：
几个设计实例：
四、
注塑产品设计基础
一、 工程塑料概要
塑料的主要成分：
1．树脂为塑料的最主要及本质的成分，有天然树脂和合成树脂两种。它们是高分子化合物，含有上千，甚至上百万原子，简称高聚物。
2．填充剂，或填料，是塑料中另一很重要，但并非必不可少的成份。填充剂既有增量作用，又可以改善塑料的性能，使其成本降低，同时扩大其使用范围。
一般填充剂为: 玻璃纤维，石棉纤维，碳纤维，木粉，滑石粉，云母粉，石棉粉，石墨，金属粉等。如用玻璃纤维作塑料的填充剂，能使塑料的机械强度大幅度提高.
3．增塑剂。有些树脂，如PVC ，CA （醋酸纤维）等的可塑性很小，柔软性也很差。为此加入些可与树脂相溶且不易挥发的高沸点有机化合物，改善其成型加工性能, 改进塑件的柔韧性, 弹性等.
4．此外, 还有着色剂及稳定剂等.
塑料的结晶性:
根据塑料冷凝时有无结晶现象, 可将塑料分为结晶型塑料和非结晶型塑料(无定型) 两大类. 前者如PE(聚乙烯), PP(聚丙烯), POM(聚甲醛) 及PA(尼龙) 等; 后者如PS(聚苯乙烯), PC(聚碳酸脂), ABS及有机玻璃等.
结晶型塑料有以下特性, 在模具设计时应考虑:
1) 各向异性显著(内应力大).
2) 溶态与固态的比重差大, 成型收缩率较非结晶型塑料大得多. 3) 升温至成型温度时所需热量较多.
4) 冷凝时放出热量较大, 应对模具充分冷却. 5) 冷却快, 则结晶度低, 收缩小, 透明度高.
塑料的特性:
1) 重量轻: 一般塑料的比重在此期间0.82～2.2 之间. 最轻的比水还轻; 最重的是聚四氟乙烯(PTFE). 塑料的平均比重只是铝的1/2.
2) 比强度高: 比强度是强度与密度之比. 许多塑料的比强度相当高, 玻璃纤维增强塑料的比强度甚至超过钢的水平.
3) 耐磨性, 自润滑及吸震性好: 这些特点加上较好的机械强度, 因而在电子设备的传动及摩擦机构中(如齿轮, 齿条, 滑轮, 滑块等) 得到了广泛运用.
4) 优越的化学稳定性: 一般塑料对酸碱盐等化学物品均有一定的抗腐蚀性.
5) 电绝缘性能: 此特点使塑料广泛用为电子工业中的绝缘材料. 6) 粘接能力强. 7) 耐热性差. 8) 易老化.
热塑性塑料:
热塑性塑料是由可多次反复加热而仍具有可塑性的塑料.
这类塑料的合成树脂都是线性或支链型高聚物, 因而受热后变软, 甚至成流动粘稠液体, 具有可塑性, 冷却后能保持既得形状. 可反复加热多次而不改变化学结构.
主要(工程) 塑料消耗量及应用简介:
二、通用注塑成型系统
1. 机身; 7. 螺杆; 13. 拉杆; 2. 电动机及油泵; 8. 加热器; 14. 动模安装板; 3. 注射油缸; 9. 料筒; 15. 合模机构; 4. 齿轮箱; 10. 喷嘴; 16. 合模油缸; 5. 齿轮传动电机; 11. 定模安装板; 17. 螺杆传动齿轮; 6. 料斗; 12. 模具; 18. 螺杆花键;
工作循环
1) 计量: 成型一定大小的塑件, 必须使用一定量的颗粒塑料(经过预先干燥去水分). 2) 塑化: 使塑料成熔融态, 才可注入模腔.
3) 注塑充模: 对熔融塑料施加注射压力, 注入模腔.
4) 保压增密(预冷却): 熔融塑料充满模腔后, 维持一定(后) 压力, 向模腔内补充模腔因收缩而产生的空间.
5) 冷却: 保压结束后, 进入正式冷却阶段.
6) 开模, 顶件: 合模装置带动动模打开, 顶料器顶出制品.
7) 取件, 闭模: 塑件自然掉落, 或使用机械手取出制品, 合模装置带动动模关闭并锁紧模具.
注射成型的三个阶段:
1. 颗粒进入料筒前的料流阶段, 塑料主要受机械力作用产生固态的颗粒运动. 2. 塑料在料筒热和剪切摩擦力等作用下, 形成熔融态而在料筒中流动. 3. 塑料成型阶段.
三、塑料收缩率及加工成型特点
二、 注塑流动、收缩变形及其它问题
厚壁塑料件：沿流动方向收缩率随压力的变化关系（较平缓）
薄壁塑料件：沿流动方向收缩率随压力的变化关系（较陡）
改变注射点，缩短流程：
玻璃纤维增强塑料制品的收缩特点
:
三、 基本设计要点
1． 熔接口问题
如图所示，在受载荷处有熔接口，可作加宽设计，或改变注塑点：
2． 塑料件的壁厚
3． 温差效应变形：
A ．当模具一面壁温T2高于另一面T1时，塑料温度较高的一面收缩较多，形成注塑件向温度高的一面弯曲变形。
解决方案：使模具壁面温度均匀
B ． 直角转角处的不均匀冷却变形
C. 解决方案1
D ．解决方案
2
4．壁厚不均、加强肋等引起的变形
A ．壁厚改变
B ．加强肋问题
5．塑料扣钩的设计
扣钩是塑料制品中利用塑料可做弹性变形的特性, 经常采用的一个对应件之间的连接设计. 以下介绍一些常见的设计及原理:
扣钩是受单向张力的弯曲弹性体，一般扣入其对应体的孔穴。对应体的孔穴可是方型孔或圆孔。扣入对应体孔穴后，扣钩的弹性变形高度，也即障碍高度，为L1-L2（见下图）。
对下图圆筒形的扣钩，对应体孔穴是与扣钩外形相配的凹形圆槽或简单的圆孔。其障碍高度为： H = DG – DK 。此配合为死配合，扣入后便不能再分解。
下图为可变向球状扣体的连接，其扣入障碍高度为：H = DG – DK 。
扣钩可允许障碍高度H z 及变形度εz ：
几个设计实例：
四、